RU2759665C2 - Цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами - Google Patents

Цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами Download PDF

Info

Publication number
RU2759665C2
RU2759665C2 RU2019122645A RU2019122645A RU2759665C2 RU 2759665 C2 RU2759665 C2 RU 2759665C2 RU 2019122645 A RU2019122645 A RU 2019122645A RU 2019122645 A RU2019122645 A RU 2019122645A RU 2759665 C2 RU2759665 C2 RU 2759665C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
expander
output
partial
amplifier
Prior art date
Application number
RU2019122645A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019122645A3 (ru
RU2019122645A (ru
Inventor
Поль ЖУГЛА
Себастьен ЛО
Кристоф СИМОН-БУАССОН
Матильд ШАРБОННО
Original Assignee
Таль
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таль filed Critical Таль
Publication of RU2019122645A publication Critical patent/RU2019122645A/ru
Publication of RU2019122645A3 publication Critical patent/RU2019122645A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2759665C2 publication Critical patent/RU2759665C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/162—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal
    • H01S3/1625—Solid materials characterised by an active (lasing) ion transition metal titanium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системе (100) для усиления импульсов со сдвигом частоты с М выходами, причем М>1, которая содержит: расширитель (10) со степенью расширения tx_stretch, М усилителей, расположенных каскадом (201,….20М), М выходных устройств (301,….30М) сжатия, соответственно помещенных при выходе из каждого усилителя, причем упомянутая цепь каскадов усиления дополнительно содержит: устройство (50) частичного сжатия, помещенное между расширителем и первым усилителем, устройство частичного сжатия, имеющее по меньшей мере одну степень частичного сжатия, степень (или степени) частичного сжатия, меньшую чем tx_stretch, и оптический коммутатор (40), сконфигурированный с возможностью приема выходного пучка расширителя (10) и направления его непосредственно к первому усилителю (201) каскада или на устройство (50) частичного сжатия в зависимости от выходного компрессора, выбранного среди выходных компрессоров. Техническим результатом при реализации заявленного решения является возможность одновременно избежать механизации дифракционного компонента расширителя и использовать насколько возможно компактные промежуточные компрессоры. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к области цепей усиления с изменением частоты и с несколькими выходами.
Известно, что цепь усиления (с одним выходом включает в себя на входе расширитель, выполняющий функцию временного расширения лазерного импульса со степенью расширения tx_étirement, при этом растянутый импульс усиливается усилителем и затем сжимается временным компрессором со степенью сжатия tx_compression=tx_étirement (tx_stretch на английском языке), помещенным в вакуумную камеру, как показано на Фиг,1. Иногда, в литературе встречается условие tx_compression=-tx_étirement, не используемое далее. Компрессор имеет своей функцией компенсацию расширения расширителя. Расширитель и компрессоры включают в себя обычно дифракционные решетки.
Цепь усиления с М выходами включает в себя на выходе из расширителя 100, М усилителей, расположенных каскадом, каждый усилитель 20i, при изменяющемся i от 1 до М, связан со своим собственным компрессором (таким образом, имеется М компрессоров 30i), совокупность выходов каждого компрессора образует М выходов цепи, как показано на Фиг.2. При выходе из каждого лазера-усилителя, лазерный пучок может быть послан на компрессор, связанный с упомянутым усилителем, или на следующий усилитель.
При проходе импульса через цепь усиления, импульс должен отвечать некоторым ограничениям, в том числе по параметрам потока и энергии каждого оптического элемента - что вынуждает задавать для каждого оптического элемента минимальный диаметр падающего пучка. В случае цепи усиления с несколькими выходами, это означает, что чем больше имеется усилителей, тем больше этот минимальный диаметр пучка увеличивается (увеличивается пространственное размытие пучка) сообразно положению усилителя в каскаде, и также увеличиваются размеры соответственного усилителя. Когда размеры каждого элемента рассчитываются точно в зависимости от этого диаметра, в частности, по соображениям габаритов и стоимости, это означает увеличение размеров оптического элемента и, таким образом, его стоимости. Минимальный диаметр наиболее важен в конце цепи, то есть на входе выходного компрессора n°М. Последний компрессор на последнем выходе принимает лазерный импульс большой энергии и, таким образом, большого диаметра, чтобы гарантировать стойкость к лазерному потоку решеток, используемых в этом компрессоре. Для ограничения виньетирования пучка лазера в этом компрессоре решетки отдалены одни от других, что обуславливает увеличение степени сжатия, которая при этом уже не равна степени расширения расширителя (которая была рассчитана для стойкости к потоку оптических устройств усилителей-лазеров без учета этого виньетирования). Фактически следует помнить, что степень сжатия пропорциональна расстоянию между решетками. Поскольку степень расширения должна быть равной степени сжатия для получения на выходе длительности импульса, ограниченной преобразованием Фурье, расширитель должен быть приспособленным к этому последнему компрессору и должен иметь степень расширения, равную степени сжатия последнего компрессора (компрессор n°М). Необходимо далее приспосабливать все промежуточные компрессоры (компрессоры от n°1 до М-1) со степенью расширения расширителя. Расстояние между их решетками становится важнее, чем если бы они были использованы как единственный выход, что вынуждает увеличивать размеры их решеток и их вакуумной камеры.
Проиллюстрируем эту проблему в следующем примере с очень большими энергиями и большими мощностями.
Рассмотрим, например, цепь с двумя выходами с расширителем со степенью расширения, равной 10 пс/нм, энергией 25 Дж на выходе из усилителя n°1, мощностью 1 пВт на выходе из компрессора n°1, энергией 250 Дж на выходе из усилителя n°2, мощностью 10 пВт на выходе из компрессора n°2.
Дифракционные решетки, которые включает в себя каждый компрессор, имеют обычно стойкость к потоку порядка 200 мДж/см2. Каждый компрессор, таким образом, рассчитан для работы со средним потоком 100 мДж/см2 для получения запаса надежности и для избегания риска получить повреждение.
В этом случае требуется компрессор n°2 очень объемный, для которого необходимо разнести различные дифракционные решетки во избежание какого-либо виньетирования. Степень сжатия такого компрессора становится значительной, обычно 14 пс/нм, отличающаяся от степени расширения. Необходимо тогда пересматривать конфигурацию всей цепи.
Первое решение заключается в использовании компрессора n°1 с той же степенью сжатия, что и компрессор n°2, и эта степень сжатия равна степени расширения, составляя 14 пс/нм в нашем примере. Для этого дифракционные решетки компрессора n°1 более удалены, чем для степени расширения 10пс/нм; таким образом, они должны быть больше. Вакуумная камера компрессора n°1 должна также быть более объемной.
Другое решение заключается в использовании компрессоров различных степеней сжатия, например 10 пс/нм для компрессора n°1, 14 пс/нм для компрессора n°2, и в изменении степени расширения расширителя в зависимости от рассматриваемого выхода, например, механизируя вторую решетку расширителя. Итак, расширитель - это критический элемент.
Пример расширителя 10 с дифракционными решетками показан на Фиг.3; речь идет о расширителе, содержащем триплет Оффнера 1 и две дифракционные решетки 11, 12, параллельные между собой. В этой конфигурации, оптические элементы, которые образуют триплет Оффнера, составлены из вогнутого зеркала 2 и из выпуклого зеркала 3, радиус кривизны которого составляет половину радиуса кривизны для вогнутого зеркала. Эти зеркала располагаются в концентрической геометрии. Триплет Оффнера производит изображение того же размера, что и предмет. Он помещен на пути, который проходят импульсы между двумя наклоненными дифракционными решетками 11, 12. Можно подвергнуть одному или нескольким прохождениям (отмеченным как nbre_pass_ETR далее) в расширитель посредством одной тыловой призмы (призма 13), как показано на чертеже. Величина дисперсии, привносимой расширителем, определяется расстоянием G_ETR между двумя решетками 11, 12.
Во время механизированного перемещения одной из двух решеток, они должны оставаться взаимно параллельными, чтобы не привносить хроматических аберраций. Их гравированные штрихи должны оставаться также параллельными относительно друг друга: штрихи одной решетки параллельны штрихам другой решетки.
Как видно из Фиг.3, необходимо, таким образом, перемещать наибольшую из двух решеток (решетку 11), таким образом, наиболее тяжелую, с очень хорошей стабильностью относительно качания/поворота/наклона.
Быстрое прохождение от одного выхода до другого может потребовать, таким образом, возобновление регулировки расширителя и, таким образом, контроля хроматических аберраций на выходе из расширителя. Такая процедура занимает время. Из Фиг.3 также видно, что необходимо значительным образом переразмерить призму 13.
Таким образом, в настоящее время имеется потребность в цепи усиления с изменением частоты и с несколькими выходами, обеспечивающей одновременное удовлетворение всех вышеупомянутых требований, в отношении стабильности регулировки, простоты функционирования, габаритов и стоимости.
Более точно, изобретение имеет объектом цепь усиления импульса, с изменением частоты с М выходами, при М>1, которая содержит:
- расширитель со степенью расширения tx_étirement,
- М усилителей, расположенных каскадом,
- М выходных компрессоров, соответственно помещенных на выходе каждого усилителя.
Она отличается главным образом тем, что содержит:
- устройство частичного сжатия, помещенное между расширителем и первым усилителем, это устройство частичного сжатия, имеет, по меньшей мере, одну степень частичного сжатия, степень (или степени) частичного сжатия, которая (которые) ниже tx_étirement, и
- оптический коммутатор, сконфигурированный с возможностью приема выходного пучка из расширителя и направления его непосредственно на первый усилитель из каскада или на устройство частичного сжатия, в зависимости от выходного компрессора, выбранного среди выходных компрессоров.
Это устройство частичного сжатия, которое помещается между расширителем и усилителем n°1, позволяет приспособить степень расширения к степени сжатия различных выходных компрессоров.
Пучок, выходящий из расширителя, посылается посредством оптического коммутатора, либо на устройство частичного сжатия, либо непосредственно на усилитель n°1. Таким образом, пользователь быстро переходит от одного режима функционирования к другому, без возобновления регулировок расширителя, как в технике предшествующего уровня.
Это позволяет одновременно избежать механизации дифракционного компонента расширителя и получить промежуточные компрессоры (от 1 до М-1), насколько возможно компактные.
Когда М>2, устройство частичного сжатия может включать в себя частичный компрессор с регулируемой степенью сжатия, например, полученной механизацией одной из дифракционных решеток для частичного компрессора с дифракционными решетками.
Альтернативно, когда М>2, устройство частичного сжатия включает в себя L частичных компрессоров, 1<L<М, каждый частичный компрессор имеет постоянную степень сжатия.
Цепь усиления в соответствии с изобретением обычно конфигурируется с возможностью усиления импульса, длительностью ниже 100 фс.
Устройство частичного сжатия помещается между расширителем и усилителем n°1. Оно позволяет приспособить степень расширения к степеням сжатия различных выходных компрессоров. Промежуточные выходы (от 1 до М-1) оптимизированы, таким образом, по габаритам. Это позволяет одновременно избежать механизации дифракционного компонента расширителя и также получить компактные компрессоры, насколько это возможно.
Изобретение также имеет объектом способ использования цепи усиления импульса, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
- расширение импульса расширителем,
- в зависимости от выходного компрессора, выбранного среди вышеупомянутых выходных компрессоров, посылка импульса на устройство частичного сжатия оптическим коммутатором, или непосредственный переход к следующему этапу,
- посылка импульса на каскад усилителей, начиная с первого усилителя до усилителя, связанного с выбранным выходным компрессором,
- посылка импульса на вышеупомянутый выбранный выходной компрессор.
Пучок, выходящий из расширителя, может быть послан посредством оптического коммутатора, либо на устройство частичного сжатия, либо непосредственно на усилитель n°1. Таким образом, пользователь быстро переходит от одного режима функционирования к другому, без возобновления регулировок расширителя как в технике предшествующего уровня.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут понятны из чтения нижеследующего подробного описания, служащего не ограничительным примером, и в связи с приложенными чертежами, на которых:
Фиг.1, уже описанная, схематично изображает цепь усиления с изменением частоты и с одним выходом, в соответствии с существующим уровнем техники,
Фиг.2, уже описанная, схематично изображает цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами, в соответствии с существующим уровнем техники,
Фиг.3, уже описанная, схематично изображает пример расширителя в соответствии с существующим уровнем техники,
Фиг.4 схематично изображает пример компрессора в соответствии с существующим уровнем техники,
Фиг.5 схематично изображает цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами в соответствии с изобретением,
Фиг.6 схематично изображает пример частичного компрессора с постоянной степенью сжатия цепи усиления в соответствии с изобретением,
Фиг.7 схематично изображает первый пример частичного компрессора с регулируемой степенью сжатия и с отводной призмой цепи усиления в соответствии с изобретением,
Фиг.8 схематично изображает второй пример частичного компрессора с регулируемой степенью сжатия и с двумя парами решеток цепи усиления в соответствии с изобретением.
На всех чертежах одни и те же элементы обозначаются одинаково.
Как указано в преамбуле, цепь усиления включает в себя, главным образом, расширитель, усилитель, компрессор. Рассматривается расширитель и компрессор с дифракционными решетками.
Расширитель и компрессор похожи друг на друга: расширитель - это компрессор с отрицательным эквивалентным расстоянием между своими дифракционными решетками, произведенным оптической системой увеличения -1, откуда и правило, цитированное в преамбуле.
Пример расширителя 10 с двумя дифракционными решетками 11, 12 показан на Фиг.2. Можно использовать также расширитель с единственной дифракционной решеткой. Принцип работы расширителя с единственной дифракционной решеткой тот же, но единственная решетка отдалена от центра кривизны триплета Оффнера.
Расширитель 10 характеризуется следующими геометрическими параметрами:
- Расстояние между 2 решетками: G_ETR. В случае расширителя с единственной дифракционной решеткой, G_ETR составляет удвоенное расстояние между дифракционной решеткой и центром кривизны триплета Оффнера.
- Угол падения на 1-ую решетку 12 (или на единственную решетку): θ_ETR.
- Плотность штрихов каждой решетки: N_ETR.
Как уже указано, можно подвергнуть одному или нескольким проходам в расширитель.
Степень расширения составляет:
Figure 00000001
с:
λ0 - средняя длина волны спектра импульса,
c - скорость света,
θd_ETR - угол дифракции 1-го порядка от первой решетки 12 (или единственной решетки) для длины волны λ0, который определяется формулой:
sin(θd_ETR)+sin(θ_ETR)=λ0 N_ETR
Принципиальная схема компрессора 30i показана на Фиг.4. Он включает в себя две пары дифракционных решеток 31i, 32i, и 33i, 34i. Четыре решетки имеют одно и то же число штрихов на мм. Решетки 31i и 34i имеют одни и те же размеры; так же и для решеток 32i и 33i, но размеры этих последних могут превосходить размеры решеток 31i и 34i. Падающий импульс 5 на первую решетку 31i отклоняется вследствие дифракции ко второй решетке 32i, параллельной первой. Он отклоняется этой второй решеткой, которая его посылает к третьей решетке 33i, которая его отклоняет к четвертой решетке 34i. При выходе из этой 4-ой решетки 34i длительность импульса оказывается 5 сжатой.
Геометрические параметры компрессора составляют:
- расстояние между 2 решетками каждой пары: G_CPR,
- угол падения на 1-ую решетку: θ_CPR,
- плотность штрихов решеток: N_CPR.
Степень сжатия составляет:
Figure 00000002
- θd_CPR угол дифракции первой решеткой для длины волны λ0 дается формулой:
sin(θd_CPR)+sin (θ_CPR)=λ0 N_CPR
Спектральная фаза расширителя и компрессора в точности противоположны если:
G_CPR=G_ETR x nbre_pass_ETR
θ_CPR=θ_ETR
N_CPR=N_ETR.
В идеальном случае, когда никакой рассеивающий материал не помещен в цепь усиления, спектральная фаза – нулевая, и длительность лазерного импульса ограничена преобразованием Фурье, что является его теоретическим минимумом. Вполне очевидно, лазерный пучок цепи усиления пересекает рассеивающие материалы, например, кристаллы усиления. Но степень расширения рассеивающих элементов незначительна по сравнению со степенью расширения расширителя или компрессоров; мы пренебрегаем здесь этой степенью расширения (или, эквивалентно, спектральной фазой), привнесенной этими рассеивающими элементами.
В соответствии с изобретением, устройство 50 частичного сжатия помещается между расширителем 10 и усилителем n°1 (201).
В связи с Фиг.5 описывается пример цепи усиления 100 с изменением частоты и с М выходами в соответствии с изобретением.
Она содержит:
- расширитель 10, связанный с одним
- оптическим коммутатором 40, связанным с
- устройством 50 частичного сжатия, которое имеет в качестве функции возможность адаптации степени расширения к степени сжатия каждого выходного компрессора, и
- с первым усилителем 201, связанным с первым выходным компрессором 301,
- другие усилители 202,…20М, все усилители 201,…20М располагаются каскадом, каждый последующий усилитель 202, 20М связан с последующим выходным компрессором 302,…30М. Степени сжатия выходных компрессоров возрастают, последний компрессор М имеет максимальную степень сжатия.
В соответствии с выбранным выходом, лазерный импульс на выходе из усилителя 201,…20М-1 направляется либо на компрессор, связанный с этим усилителем, либо к следующему усилителю, оптическим коммутатором (не показанном на чертеже), помещенным на выходе каждого усилителя, за исключением последнего.
Оптический коммутатор 40 (также как, в случае необходимости, коммутаторы на выходе усилителей) является оптическим инвариантом. Он может быть системой откидных зеркал, которая содержит два параллельных зеркала, установленных на один и тот же механизированный элемент перемещения, или зеркало, установленное на пластину вращения для обращения к частичному компрессору или его избегания. Таким образом, устройство частичного сжатия можно выбирать или избегать в зависимости от положения этой системы зеркал.
Некоторые конфигурации рассматриваются для устройства 50 частичного сжатия в соответствии со степенями сжатия выходных компрессоров.
Задаются:
- tx_étirement_tenue_flux: степень минимального расширения расширителя 10, необходимая для стойкости к потоку оптики цепи лазерного усиления.
- tx_étirement(i) степень расширения расширителя 10, необходимая для ограничения одновременно виньетирования компрессором n°i (компрессор 30i), и гарантии стойкости к потоку оптики цепи лазерного усиления выше по ходу этого компрессора n°i; имеем, таким образом:
tx_étirement(i)>tx_étirement_tenue_flux
и поскольку энергия, принятая компрессором n°i превосходит энергию, принятую компрессором n°i-1 (компрессор 30i-1), имеем:
tx_étirement(i)≥tx_étirement (i-1)
Относительно компрессора n°М, именно виньетирование ограничивает расстояние между решетками этого компрессора n°М (компрессор 30М) больше, чем стойкость к потоку оптики различных лазерных усилителей от 201 до 20М.
- tx_étirement_max=max [tx_étirement(i)]=tx_étirement (М).
Степень расширения расширителя 10 составляет tx_étirement_max.
- tx_compression_partiel, степень сжатия устройства 50 частичного сжатия, которая является оптимизируемым параметром.
Для выходов i, которые контролируются:
tx_étirement(i)≤tx_étirement_max-tx_compression_partiel
лазерный пучок на выходе из расширителя 10 направляется на устройство 50 частичного сжатия оптическим коммутатором 40.
Для других выходов (таких, что tx_étirement(i)>tx_étirement_max-tx_compression_partiel), лазерный пучок на выходе из расширителя 10 отклоняется оптическим коммутатором 40, чтобы избежать устройства 50 частичного сжатия; он непосредственно отклоняется на усилитель n°1. Это случай именно для последнего выхода (= выход из компрессора n°М).
Таким образом, лазерный импульс проходит вначале в расширитель 10. В зависимости от выхода n°i, который используется, i изменяется от 1 до М, либо импульс посылается в устройство частичного сжатия 50, либо он посылается непосредственно на следующий этап.
Лазерный импульс проходит затем в последовательность усилителей от 201 до 20i. Он отклоняется затем на компрессор 30i. Он не проходит в усилитель 20i+1.
Различные компрессоры различных выходов имеют геометрические параметры, эквивалентные таковым для расширителя: θ_CPR(i) и N_CPR(i) близки к параметрам θ _ETR и N_ETR расширителя. Они являются равными в теории, но фактически являются близкими, учитывая рассеивающие материалы (кристаллы усиления, например) между расширителем и компрессорами. Их расстояние между решетками G_CPR(i) адаптировано к желаемой степени сжатия.
Устройство частичного сжатия - это, например, компрессор Treacy 50a, описанный в связи с Фиг.6, с геометрическими параметрами, эквивалентными параметрам других компрессоров 30i и расширителя 10: тот же θ_CPR, тот же N_CPR. Оно содержит:
Первую дифракционную решетку 51a, вторую дифракционную решетку 52a. У решеток 51a и 52a одно и то же число штрихов, они параллельны, и их штрихи параллельны между собой. Они могут быть различных размеров, обычно ширина для 52a больше, чем таковая для 51a. Призма 60a позволяет послать лазерные лучи к 52a и изменять их высоту. Таким образом, лазерные лучи проходят в порядке 51a, 52a, 60a, 52a, 51a.
Расстояние G_CPR_partiel(i) составляет порядок:
G_CPR_partiel(i)=G_ETR x nbre_pass_ETR-G_CPR(i).
Из этого выводим степень сжатия частичного компрессора: tx_compression_partiel. Можно также записать: tx_compression_partiel(i)=tx_étirement(М)-tx_étirement(i).
Когда промежуточные выходные компрессоры от n°1 до М-1 (от 301 до 30М-1) все имеют одну и ту же степень сжатия, устройство 50 частичного сжатия включает в себя обычно единственный частичный компрессор 50a постоянной степени сжатия, пример которого показан, Фиг.6.
Когда не все компрессоры от n°1 до М-1 имеют одинаковую степень сжатия (с растущими степенями сжатия), устройство 50 частичного сжатия может включать в себя несколько частичных компрессоров, обычно столько же, как и компрессоров 30i с различными степенями сжатия. Степень частичного сжатия каждого из этих частичных компрессоров постоянна и определена в зависимости от соответствующего ему выходного компрессора(-ов). Эти частичные компрессоры располагаются параллельно.
Альтернативно, устройство 50 частичного сжатия включает в себя один (или несколько) частичный компрессор с регулируемой степенью сжатия в зависимости от соответствующего выходного компрессора. Эта регулируемая степень получается, например, использованием компрессора, у которого:
- вторая дифракционная решетка 52a механизирована в перемещении в соответствии с направлением среднего луча, соответствующего длине волны центра спектра, между 51a и 52a в случае компрессора 50a с двумя решетками+отводящая призма, пример которого показан на Фиг.7, призма 60a является тогда снова переразмеренной по тем же причинам, что и расширитель, показанный на Фиг.2, или
- вторая и третья дифракционные решетки 52b, 53b механизированы в перемещении в соответствии с направлением среднего луча, соответствующего длине волны центра спектра, между 52b и 53b в случае компрессора 50b с двумя парами решеток 51b, 52b, 53b, 54b, как показано на Фиг.8.
Эта цепь усиления в соответствии с изобретением позволяет одновременно избежать механизации дифракционного компонента расширителя и использовать насколько возможно компактные промежуточные компрессоры (от 301 до 30М-1).
Далее описывается пример осуществления, имеющий в качестве спецификаций:
- Спектр с центром 800 нм, гауссов, с шириной на половине высоты 60нм. Виньетирование спектра 720-890 нм должно быть минимизировано.
- 3 лазера-усилителя с кристаллами Ti:Sa, накачиваемые лазерами 532нм.
- 3 выходных компрессора (по одному после каждого лазера-усилителя).
- минимальная степень расширения: tx_étirement_tenue_flux=9,58 пс/нм. Эта степень расширения позволяет не повреждать оптику лазерных усилителей.
Параметры усилителей:
энергия на выходе усилителя(Дж) энергия на выходе CPR (Дж)
выход 1 3,6 2,5
выход 2 35,7 25
выход 3 357,1 250
Выбирается работа с компрессорами на основе классических голографических решеток, с 1480 штрихов/мм.
Угол падения выбирается приблизительно 56° (компромисс между эффективностью дифракции в выбранном спектральном диапазоне и ограничением виньетирования).
Максимальный поток для голографических дифракционных решеток составляет приблизительно 110 мДж/см2.
Получаем следующие диаметры на входе 3-х компрессоров:
диаметр входа CPR (мм) площадь (см2)
компрессор 1 48 18
компрессор 2 152 182
компрессор 3 481 1816
Расстояние G_CPR(3)=980мм зафиксировано для ограничения виньетирования в компрессоре n°3.
Степень сжатия компрессора n°3 составляет 14,1 пс/нм. Таким образом, она выше, чем необходимо для обеспечения только стойкости к потоку, то есть больше, чем tx_étirement_tenue_flux=9,58 пс/нм.
В соответствии с изобретением, расширитель задуман как имеющий ту же степень расширения, что и компрессор М в конце цепи каскадов, в данном случае компрессор n°3.
Когда используются выходы 1 или 2, лазерный импульс посылается расширителем на устройство частичного сжатия, чтобы степень расширения расширителя (14,1 пс/нм), меньшая степени устройства частичного сжатия (4,52 пс/нм), была равна tx_étirement_tenue_flux (9,58 пс/нм).
Параметры различных элементов составляют:
θ _ETR N_ETR G_ETR Nbre pass степень расширения (пс/нм)
Расширитель 56° 1480 штрихов/мм 490мм 2 14,10
θ _CPR N_CPR G_CPR степень расширения (пс/нм)
Частичный CPR 56° 1480 штрихов/мм 4,52
CPR1 56° 1480 штрихов/мм 9,58
CPR2 56° 1480 штрихов/мм 9,58
CPR3 56° 1480 штрихов/мм 14,10
Таким образом, компрессор 3 действительно наиболее объемный.
В этом примере, компрессоры 1 и 2 имеют одну и ту же степень сжатия; устройство частичного сжатия включает в себя тогда единственный компрессор с постоянной степенью сжатия.

Claims (16)

1. Цепь (100) усиления импульсов с изменением частоты с М выходами, причем М>1, которая содержит:
- расширитель (10) со степенью расширения tx_stretch для временного расширения лазерного импульса,
- М усилителей, расположенных каскадом (201,...20М),
- М выходных компрессоров (301,...30М), соответственно помещенных на выходе каждого усилителя,
отличающаяся тем, что она содержит:
- устройство (50) частичного сжатия, помещенное между расширителем и первым усилителем, это устройство частичного сжатия имеет по меньшей мере одну степень частичного сжатия, степень или степени частичного сжатия ниже, чем tx_stretch, и
- оптический коммутатор (40), сконфигурированный с возможностью приема выходного пучка из расширителя (10) и направления его непосредственно на первый усилитель (201) из каскада или на устройство (50) частичного сжатия в зависимости от выходного компрессора, выбранного среди М выходных компрессоров.
2. Цепь усиления по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что М>2, и тем, что устройство частичного сжатия включает в себя частичный компрессор (50a, 50b) с регулируемой степенью сжатия.
3. Цепь усиления по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что частичный компрессор включает в себя по меньшей мере одну дифракционную решетку с механическим перемещением.
4. Цепь усиления по п.1, отличающаяся тем, что М>2, и тем, что устройство частичного сжатия включает в себя L частичных компрессоров с дифракционными решетками, 1<L<М, причем каждый частичный компрессор имеет постоянную степень сжатия.
5. Цепь усиления по одному из предыдущих пунктов, сконфигурированная с возможностью усиления импульса, длительностью ниже 100 фс.
6. Способ использования цепи усиления импульса по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы:
- расширение импульса расширителем (10),
- в зависимости от выходного компрессора (30i), выбранного среди вышеупомянутых выходных компрессоров, посылка импульса на устройство (50) частичного сжатия оптическим коммутатором (40), или непосредственный переход к следующему этапу,
- посылка импульса на каскад усилителей, начиная с первого усилителя (201) до усилителя (20i), связанный с выбранным выходным компрессором (30i),
- посылка импульса на вышеупомянутый выбранный выходной компрессор (30i).
RU2019122645A 2016-12-22 2017-12-07 Цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами RU2759665C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1601833 2016-12-22
FR1601833A FR3061366B1 (fr) 2016-12-22 2016-12-22 Chaine amplificatrice a derive de frequence et a plusieurs sorties
PCT/EP2017/081876 WO2018114367A1 (fr) 2016-12-22 2017-12-07 Chaine amplificatrice a derive de frequence et a plusieurs sorties

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019122645A RU2019122645A (ru) 2021-01-22
RU2019122645A3 RU2019122645A3 (ru) 2021-04-23
RU2759665C2 true RU2759665C2 (ru) 2021-11-16

Family

ID=58779070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122645A RU2759665C2 (ru) 2016-12-22 2017-12-07 Цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11417997B2 (ru)
EP (1) EP3560047B1 (ru)
JP (1) JP7223694B2 (ru)
KR (1) KR102345909B1 (ru)
CN (1) CN110431719B (ru)
ES (1) ES2870202T3 (ru)
FR (1) FR3061366B1 (ru)
RU (1) RU2759665C2 (ru)
WO (1) WO2018114367A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111342322B (zh) * 2020-03-02 2021-03-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 啁啾脉冲放大装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050111500A1 (en) * 2000-05-23 2005-05-26 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US20050265407A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-01 Braun Alan M Compact semiconductor-based chirped-pulse amplifier system and method
US20130208740A1 (en) * 2010-08-03 2013-08-15 Ecole Nationale Superieure De Techniques Avancees Amplification device with frequency drift for a pulsed laser
US9614343B2 (en) * 2012-10-31 2017-04-04 Thales Device for amplifying a laser pulse having improved temporal contrast

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2919118B2 (ja) * 1991-06-27 1999-07-12 日本電信電話株式会社 多段光増幅装置
JP2002131710A (ja) * 2000-10-27 2002-05-09 Japan Science & Technology Corp 複合型超広帯域高精度位相補償・位相制御装置
FR2872592B1 (fr) * 2004-07-02 2006-09-15 Thales Sa Chaine amplificatrice pour la generation d'impulsions lumineuses ultracourtes de durees d'impulsions differentes
US8462825B2 (en) * 2006-12-01 2013-06-11 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Method and device for carrier envelope phase stabilisation
US8730568B2 (en) * 2010-09-13 2014-05-20 Calmar Optcom, Inc. Generating laser pulses based on chirped pulse amplification
FR2965673B1 (fr) * 2010-09-30 2013-08-23 Ecole Polytech Dispositif d'amplification a derive de frequence pour un laser impulsionnel
FR2985388B1 (fr) * 2011-12-30 2015-04-03 Thales Sa Source laser a puissance crete superieure a 100 terawatt et haut contraste
JPWO2013186904A1 (ja) * 2012-06-14 2016-02-01 富士通株式会社 結露検知装置、冷却システム、及び冷却媒体流量制御方法
FR3014251B1 (fr) * 2013-12-04 2017-04-28 Thales Sa Compresseur associe a un dispositif d'echantillonnage d'un faisceau laser a haute energie et grande taille
CN103872568B (zh) * 2014-02-26 2018-10-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 消除高阶色散的啁啾脉冲展宽压缩放大系统
CN104600554B (zh) * 2015-01-13 2018-01-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 宽带高效激光放大装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050111500A1 (en) * 2000-05-23 2005-05-26 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US20050265407A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-01 Braun Alan M Compact semiconductor-based chirped-pulse amplifier system and method
US20130208740A1 (en) * 2010-08-03 2013-08-15 Ecole Nationale Superieure De Techniques Avancees Amplification device with frequency drift for a pulsed laser
US9614343B2 (en) * 2012-10-31 2017-04-04 Thales Device for amplifying a laser pulse having improved temporal contrast

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019122645A3 (ru) 2021-04-23
EP3560047A1 (fr) 2019-10-30
CN110431719B (zh) 2021-09-24
FR3061366B1 (fr) 2019-04-05
WO2018114367A1 (fr) 2018-06-28
FR3061366A1 (fr) 2018-06-29
KR102345909B1 (ko) 2021-12-30
ES2870202T3 (es) 2021-10-26
RU2019122645A (ru) 2021-01-22
KR20190094373A (ko) 2019-08-13
JP7223694B2 (ja) 2023-02-16
EP3560047B1 (fr) 2021-01-20
US11417997B2 (en) 2022-08-16
US20200091671A1 (en) 2020-03-19
CN110431719A (zh) 2019-11-08
JP2020502817A (ja) 2020-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8068522B2 (en) Hyper dispersion pulse compressor for chirped pulse amplification systems
US6739728B2 (en) Short pulse laser stretcher-compressor using a single common reflective grating
US20040000942A1 (en) Downchirped pulse amplification
RU2759665C2 (ru) Цепь усиления с изменением частоты и с несколькими выходами
CN111600190B (zh) 超强啁啾激光脉冲分步压缩装置
WO2018132198A1 (en) Reducing speckle in an excimer light source
CN112366497A (zh) 预置空间啁啾的激光脉宽压缩系统
US8774240B2 (en) Frequency-drift amplification device for a pulsed laser
Ranc et al. Importance of spatial quality of intense femtosecond pulses
CN105449507B (zh) 一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿装置和补偿方法
US11975405B2 (en) System and method laser for processing of materials
Le Blanc et al. Toward a terawatt-kilohertz repetition-rate laser
EP2153498B1 (en) Optical pulse-width modifier structure
AU2019426415A1 (en) Device for combining at least two laser beams
Barty et al. Methods for generation of 10-Hz, 100-TW optical pulses
CN111342322A (zh) 啁啾脉冲放大装置
JPH09508217A (ja) 単一回折格子レーザパルスのストレッチャおよびコンプレッサ
Kalachnikov et al. Controlling spatially varying dispersion in multiterawatt Ti: Sa chirped-pulse amplification lasers
Baumhacker et al. Adaptive optics in a multistage TiS laser
Muller et al. Amplification of femtosecond laser pulses beyond the gain narrowing limit
US9118159B2 (en) Optical pulse generator
Hopps et al. Improving the intensity of the HELEN Laser at AWE
Ross et al. Development of high-brightness KrF lasers using both Raman and ultrashort-pulse CPA techniques
JP2005039031A (ja) レーザー増幅装置
Pennington et al. The Petawatt Laser System and Targeting Performance